一, Grunderna i fotobiologi: Hur växter absorberar och reagerar på ljus
Kloroplaster i växter inkluderar fotosyntetiska pigment som låter dem absorbera vissa våglängder av ljus. De huvudsakliga banden som driver fotosyntesen är rött ljus (600–700 nm) och blått ljus (400–500 nm). Rött ljus styr ljusets morfogenes genom att använda ljuskänsliga pigment för att få stjälkarna att växa längre och göra kolhydrater; blått ljus hindrar stammar från att växa för mycket, gör att klorofyll och protein ackumuleras genom kryptokrom och får stjälkarna att växa längre. När förhållandet mellan rött och blått ljus är 4:1 har experiment visat att torrsubstansansamlingen i sallad ökar med 30 % jämfört med monokromatiskt ljus, och klorofyllhalten stiger med 22 %.
Förhållandet mellan långt rött ljus (700–800 nm) och rött ljus (R/FR) är också mycket viktigt för hur växter växer. Växter kommer att förlänga stjälknoder och utöka bladarean genom "svar för att undvika skugga" för att konkurrera om ljusresurser när R/FR-förhållandet går ner. Denna teknik är mycket viktig för grödor som planteras nära varandra, sådana tomater som odlas vertikalt, där en ändring av R/FR-förhållandet kan sänka planthöjden med 18 % och öka fruktproduktionen med 15 %.
2, fördelar med LED-teknik: noggrann kontroll och en revolution i energieffektivitet
1. Spektral avstämning: ett stort steg framåt från monokromatiskt ljus till hela spektrumet
Konventionella ljuskällor, sådana-högtrycksnatriumlampor (HPS), fokuserar sina spektra på gult-grönt ljus (550–600 nm). Växter, å andra sidan, absorberar bara mindre än 5% av grönt ljus. LED-teknik kan ändra ljusets spektrum mycket exakt genom att kontrollera röda, blåa och vita ljuschips separat. FloraFlex-serien LED-växtlampa använder till exempel 660 nm djuprött ljus, 450 nm blått ljus och 5000K vitt ljus. Den har en fotosyntetisk fotonflödestäthet (PPFD) på 1200 μmol/m²/s, vilket är 40 % mer energieffektivt- än HPS-lampor.
2. Funktioner hos en kall ljuskälla: Att komma förbi geografiska gränser
Lysdioder är mer än 200 lm/W ljusstarka och de ger bara 1/5 så mycket värme som HPS-lampor. På grund av denna funktion kan LED-ljustavlan placeras nära växtkronan (10–30 cm bort), vilket gör ljusintensiteten per ytenhet 3–5 gånger starkare. Ett tredimensionellt tredimensionellt odlingssystem med flera-lager- används i en vertikal gård i Shenzhen. Denna teknik använder mark 8 gånger mer effektivt än typiska gårdar och använder 92 % mindre vatten.
3. Kontroll av en dynamisk ljusmiljö som efterliknar naturliga rytmer
LED kan ändra ljusstyrkan, färgen och varaktigheten av ljuset dynamiskt med hjälp av ett smart kontrollsystem. Till exempel, under salladsfröplantningsstadiet kan en 16-timmars blått ljus och 8-timmars rött ljus höja frönas grobarhet från 78 % till 92 %. Under blomningsinduktionsperioden kan också en ökning av mängden långt rött ljus från 5% till 15% få krysantemum att blomma 7 dagar tidigare.
3, Användningsfall i branschen: från labbet till kommersiell produktion
1. Anläggningsfabrik: en standard för att tillverka saker i fabriker
Mirai Corporation driver världens största fabrik i Japan, som täcker en yta på 23 000 kvadratmeter och använder endast LED-lampor. Det gör 30 000 kg grönsaker varje år. Systemet kan automatiskt ändra spektralformeln genom att hålla ett öga på miljöfaktorer i realtid. Till exempel är rött och blått ljus huvudfärgerna under näringstillväxtperioden (förhållande 3:1), och långt rött ljus läggs till under reproduktionsperioden (R/FR=0.8). Detta resulterar i en VC-halt som är 1,8 gånger högre än för utomhusplantering i sallad.
2. Vertikalt jordbruk: en förändring i hur städer använder rymden
Sky Greens i Singapore designade ett A-format tre-växtställ med LED-ljusremsor på varje lager som kan justeras till olika vinklar. Tillvägagångssättet för "morgonrött ljus + eftermiddagsblått ljus" tid-tillförsel av ljus används för att odla bladgrönsaker. Detta ökar avkastningen per ytenhet med fyra gånger jämfört med typiskt plant jordbruk. Denna teknik har drivits till platser där det är svårt att få tag på vatten, som Dubai, där den bara använder 2,5 liter vatten per kilo grönsaker.
3. Trädgårdsskötsel i hemmet: gör personlig plantering mer populär
LED-planteringslådor med justerbart spektrum finns nu för balkongväxter. Till exempel har AeroGarden-serien röda, blå och vita LED-lampor som kan regleras med hjälp av en app för att minska tillväxtcykeln för vaniljplantor med 30 % när det gäller hur länge och hur ljusa lamporna är. Att lägga till LED-lampor på platser med begränsat ljus, som balkonger som vetter mot norr, kan få stjälkarna av grön murgröna att växa 44 % längre och bladen 15 % bredare.
4, Problem och trender i branschen
1. Teknisk vägspärr: optimera spektrumet och hålla nere kostnaderna
Kostnaden för att köpa LED-tillväxtlampor är fortfarande 2 till 3 gånger högre än HPS-lampor. Även om en lång livslängd (över 50 000 timmar) kan spara långsiktiga-driftskostnader, måste tekniken för spektralanpassning göra framsteg. "Lätt formel"-databasen för olika grödor är fortfarande inte färdig och behöver mycket fler fälttester för att få tillräckligt med data.
2. Inga standarder: kryphål i marknadsreglering
Den globala marknaden för LED-växtbelysning har inga konsekventa standarder, och vissa produkter har svårigheter som falsk märkning och energieffektivitetsbedrägerier. Den "tekniska specifikationen för LED-lampor för växttillväxt" skrivs av Kinas ministerium för jordbruk och landsbygdsfrågor. Den kommer att specificera nödvändiga standarder för viktiga faktorer inklusive PPFD och R/FR-förhållande.
3. Innovationsbanan går mot intelligens och multifunktionell integration.
I framtiden kommer LED-tillväxtlampor att kunna styra "ljustemperatur fuktighet luft" på en gång. Philips GrowWise-system i Nederländerna, till exempel, använder LED-ljustavlor med sensorer för att hålla ett öga på hur snabbt växter transpirerar och automatiskt ändra ljusets intensitet. Detta gör att vattenresurserna används bättre med 60 %.
